智能负重机器人在前交叉韧带重建患者康复训练的应用

温雅婷，潘咏薇，徐云，孙延山，秦德春，孙国堃，刘庆君，耿荣星

前交叉韧带损伤是常见和最具破坏性的运动损伤之一，据统计，全球每年发生200多万例前交叉韧带损伤，且大多都是中青年甚至是青少年[1-2]。前交叉韧带损伤的治疗有非手术治疗和前交叉韧带重建手术治疗，无论何种治疗方案，均需要系统的康复护理以避免术后出现韧带粘连、膝关节功能障碍等并发症。下肢智能负重机器人康复训练相比于传统的康复训练形式，能够实现人机互动，更加准确地掌握术后负重康复训练度，将量化指令更好地反馈给患者，使其可视自己的踩踏力度，科学逐步负重[3]。目前国内康复机器人主要应用在脑卒中、偏瘫、全膝关节置换等领域[4]。由于骨科手术的特殊性，患者会因术后疼痛而拒绝早期康复训练，加之前交叉韧带损伤患者整体年龄较小，相较于行关节置换手术的中老年患者，其出院后重返运动的需求更高。而前交叉韧带重建术后下肢早期科学负重时间窗的选择与应用目前尚没有统一标准[5]。本研究将下肢智能负重机器人应用于前交叉韧带损伤患者术后康复训练，旨在提高患者康复效果，报告如下。

1 资料与方法

1.1一般资料 选取2019年4月至2021年10月在潍坊市人民医院骨科就诊患者作为研究对象。纳入标准：年龄>18岁；经MRI确诊为前交叉韧带损伤或断裂，均行前交叉韧带重建手术治疗；患者知情同意自愿参加本研究。排除标准：合并半月板损伤或骨折、严重骨质疏松或下肢深静脉血栓；感染性疾病；有精神疾病史。入选患者100例，将2019年4月至2020年4月住院的患者50例设为对照组，2020年5月至2021年10月住院的患者50例设为干预组。干预过程中干预组2例失访，对照组2例转院治疗，共96例完成研究。两组患者一般资料比较，见表1。本研究经过医院伦理委员会批准(KYLL20220825-7)。

表1 两组患者一般资料比较

1.2干预方法

两组均在全身麻醉下实施关节镜韧带重建术，重建材料为同侧自体腘绳肌腱。对照组实施常规围术期功能训练，即由责任护士采用口头与发放宣教手册的方式向患者及家属进行健康教育，常规使用间歇加压充气装置、冰袋冷敷、红外线治疗仪辅助治疗，同时，指导和协助患者分步骤行踝泵锻炼、直腿抬高、拐杖辅助下负重训练等[6-12]。干预组应用下肢智能负重机器人进行康复训练，具体如下。

1.2.1组建康复团队 团队成员共12人，包括关节外科主任1名、主治医师2名、护士长1名，康复医学科及关节外科责任护士各2名、康复师1名、机器人厂家工程师2名、护理研究生1名。由科主任及护士长负责研究的整体管理和协调;小组成员共同制订和实施患者术后个性化康复训练计划；康复师帮助患者了解智能负重机器人并指导使用；工程师负责机器人的参数调节及安装、运行、保养与维护；护理研究生负责数据收集整理。由护士长组织团队成员进行培训，内容包括关节镜韧带重建术的康复训练方法，智能负重机器人的原理、构造、使用及注意事项，共3个学时。

1.2.2实施康复训练

1.2.2.1评估与教育 康复团队成员对患者进行评估，了解患者对术后康复训练的认知、能力及应用智能负重机器人的意向和条件，患者家庭和社会支持状况等，主治医师、康复师、责任护士共同结合患者病情制订个体化康复训练计划和目标，并采用健康教育手册、App、小视频等途径进行针对性健康教育，包括术后功能训练的目的、必要性，智能负重机器人的优点、使用方法及注意事项。责任护士做好日常健康管理，帮助患者克服不良生活及行为习惯，如吸烟、饮酒、熬夜等。

1.2.2.2康复训练 采用法罗适(上海)公司生产的法智迈下肢智能负重机器人进行康复训练，包括人机交互界面、助行支架、康复鞋三大部分，通过无线蓝牙技术进行数据传输。①使用前主治医师、康复师、责任护士再次向患者说明使用目的及方法，教会患者在使用过程中自我监测心率、脉搏及膝关节适应性，若出现膝关节的异响、红肿、刺痛、出血或不间断增强的不适症状应及时告知。②首次使用负重机器人时由责任护士帮助患者进行注册，输入个人基本信息，绑定主治医师与康复师信息，选择个性化康复训练计划，连接能够调节大小的康复鞋，设置负重参数，即可开始训练。每次下床训练前，分别卧位、坐位、直立位各30 s，无头晕不适方可开始。③术后第1天在医护人员帮助下先下地站立3～5 min，患者无任何不适后应用智能负重康复机器人进行部分负重行走，指导患者躯干略微前倾，增肌腘绳肌收缩来减少前交叉韧带的负荷，双手抓紧两侧的助行器，支具屈伸锁定0°，当患者踩康复鞋时，页面指针会根据设定的负重力度变动，指针变动到绿色区域，记为1次有效。指针变动到红色区域时会有相对应的消息提示，提示患者不要用力太大。使用机器人训练过程中根据患者当天情况进行个性化调节，首次负重设置为不超过本人体质量的1/3，循序渐进调整。负重量按患者体质量15%～30%逐步增加，干预频次为15～30 min/次，2次/d，直至出院，在出院当天至少达到患膝负重50%体质量。④患者训练完成后数据由云平台上传至电子病历，在每次锻炼开始前主治医师或康复师查看前1 d患者训练计划与实际完成水平，对数据进行追踪。按照内置评估量表对患者训练情况进行评估，包括训练次数、时长、负重力度等，对于未能达标的患者提出警示和重复教育，督促患者落实。训练期间责任护士依据患者喜好选择背景音乐和调节音量，密切观察患者训练过程中的主诉，每日总步数不作硬性规定，以患者当天的耐受情况、疼痛评分、患侧肢体肿胀程度、锻炼依从性等适当增加或减少。评估患膝肿胀和疼痛(疼痛视觉模拟量表<5分)下实施渐进性负重，每次训练完成后用冰袋进行冷敷消肿。

1.3评价方法 ①美国特种外科医院膝关节评分(Hospital for Special Surgery Knee Score，HSS)。该量表包含7个项目，其中疼痛30分，运动功能22分，活动度18分，肌力10分，屈曲畸形10分，稳定性10分，还包括部分减分项目如内外翻、单拐杖、伸直障碍等。该量表总分为100分，由骨科专科护士观察并询问患者的膝关节功能恢复情况，分数越高代表患者膝关节功能越好[13]。②主动关节活动度(Range of Motion， ROM)。患者坐位状态下自然放松，将医用量角器的轴心置于患者股骨外侧髁,然后将固定臂置于股骨中线,与股骨大转子保持同一水平,将测量臂置于腓骨中线处,与患者外踝中线方向对齐,将量尺固定于患肢，同时让患者膝关节在自然状态下最大限度地屈伸并进行测量，取3次测量的平均值。③视觉模拟评分(Visual Analogue Scale, VAS)。评分0～10分，≤3分为无或轻微疼痛，4～6分为中度疼痛，7～10分为重度疼痛。④改良Barthel指数评定量表(Modified Barthel Index，MBI)。包括进食、步行、洗澡、穿衣、上下楼等共10个项目，总分为0～100分，得分越高表明患者日常生活自我管理能力越好[14]。由康复小组于干预前(入院当天)后(出院当天)进行数据收集，VAS在患者住院当天及术后24 h、48 h测量。

2 结果

2.1两组干预前后HSS评分和ROM比较 见表2。

表2 两组干预前后HSS评分和ROM比较

2.2两组不同时间疼痛评分比较 见表3。

表3 两组不同时间疼痛评分比较 分，

2.3两组日常活动能力得分比较 干预前对照组、干预组日常活动能力得分分别为53.56±8.23、56.21±6.89，两组比较，t=1.708、P=0.091。干预后分别为78.77±6.33、82.21±4.33，两组比较，t=3.105、P=0.003。

3 讨论

3.1实施下肢智能负重机器人康复训练能提高患者关节活动度，改善膝关节功能 前交叉韧带重建术后早期正确负重的优点是营养软骨，促进愈合期间的胶原蛋白重组，使膝关节的骨骼和软组织恢复正常生理负荷[15]。但部分患者因恐惧术后疼痛而出现延迟负重、下床时患侧肢体肌群不敢或不能正确用力导致患肢肿胀等问题，是临床康复护理的难点。本研究结果显示，干预组干预后膝关节功能评分、主动膝关节活动度显著优于对照组(均P<0.05)，提示实施机器人康复训练能有效提高患者关节活动度，改善膝关节功能，与相关的研究结果[16]一致。分析可能的原因为：首先，康复师、主治医师和责任护士根据患者耐力情况与病情评估制订的功能训练方案具有个体化、渐进性特点，患者按步骤循序渐进实施，接受度高；其次，机器人根据患者下肢运动能力选择不同的负重引导力，如果偏离最佳的力量与位置，系统做出相应的引导与提示，患者更容易理解，改变了以往医护人员灌输式讲解、针对性差等弊端。机器人内置应力与步态传感器可根据提前预置的负重大小帮助患者进行锻炼，改变了传统模式凭借主观判断、不能量化的缺点。当患者的发力点、负重重量、步态错误时会通过惯性测量单元与压敏传感器识别并出现红色警示，帮助患者进行股四头肌训练，通过腘绳肌与股四头肌的共同收缩减少胫骨股骨剪切力，加强膝关节周围的肌肉组织力量。且每天的训练目标与实际情况由蓝牙传输，帮助主治医师和康复师进行量化评估和调整，保证了康复训练的效果。

3.2实施下肢智能负重机器人康复训练能减轻患者术后疼痛，提高日常生活活动能力 本研究结果显示，干预组干预后疼痛评分显著低于对照组，日常生活活动能力得分显著高于对照组(均P<0.05)。究其原因在于：干预组在训练过程中医护人员可对训练计划与目标进行追踪，对于疼痛耐受度低的患者及时调整负重力度和训练时间，责任护士根据患者喜好放送背景音乐等非药物镇痛措施，分散患者注意力；机器人主屏幕还能根据患者需求进行虚拟的互动场景提示，增加患者负重训练过程中的趣味性，从而减轻了患者早期训练的疼痛程度。机器人康复训练使患者在术后第1天开始进行渐进式与被动式部分负重活动，包括部分负重站立训练、部分负重站立位下感觉训练、步态(步幅)训练等，有针对性地改善早期膝关节功能，促进了患者日常生活活动能力的提升，与相关研究的结果[17-18]一致。

4 小结

下肢智能负重机器人在前交叉韧带重建患者康复训练中的应用，能改善膝关节功能，促进患者日常生活活动能力的提升。本研究的局限性在于：样本量较少，且集中于同一所医院，也未进行长期的追踪与随访；实施过程中部分参数的调节还有待完善，将在临床中进一步应用和完善。